Integración de Equipos para Comunicaciones Tema2: Buses Industriales Normalizados

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1 Integración de Equipos para Comunicaciones Tema2: Buses Industriales Normalizados Aurelio Vega Martínez DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 1

2 1.- Indice Introducción Histórica Clasificación de los Buses Normalizados Especificaciones de los Buses Normalizados Detección y Tratamiento de Errores Evolución Histórica de los buses de 8, 16, 32 y 64 bit Aplicaciones para Telecomunicación DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 2

3 2.1.- Introducción Histórica. En la época de comercialización de los primeros sistemas electrónicos el estudio de los buses era un tema casi exclusivo de los fabricantes, ya que el usuario no disponía de acceso al bus, además de que cada bus se diseñaba de forma específica para cada computador o sistema electrónico. La aparición de los microprocesadores al final de la década de los 70 y la creación de sistemas abiertos permitieron el comienzo de una serie de normas que permiten conectar placas y módulos de distintos fabricantes. De esta forma ya se pueden crear computadores dedicados a aplicaciones específicas de forma eficiente. La rápida evolución de los circuitos integrados hace que vayan apareciendo microprocesadores y módulos VLSI cada vez más potentes. El empleo de una norma de BUS adecuada permite rediseñar uno sólo de los módulos del sistema conservando la compatibilidad con el resto de los módulos existentes. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 3

4 2.2.- Clasificación de los buses normalizados. Los buses industriales normalizados que han ido apareciendo en el mercado pueden ser clasificados de muy diversas formas. Si atendemos a las causas de sus orígenes podemos hablar de: Buses introducidos por fabricantes de microprocesadores. Estos buses se han impuesto claramente en el mercado industrial por las siguientes razones: Avanzada tecnología del fabricante. Buena comercialización Disponibilidad de redes de distribución internacionales. Buses desarrollados por grupos de investigación independientes. Fundamentalmente Universidades y centros de investigación (E-78, NUBUS). Buses para aplicaciones industriales (STD). Buses de expansión de computadoras monoplacas (IBM-PC). DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 4

5 2.3.-Especificaciones de los buses normalizados. Una norma de BUS debe especificar claramente los siguientes niveles: 1) Nivel mecánico: En este nivel se han de especificar características tales como: Número de líneas que componen el bus. Tipo de conectores a emplear. Altura de las placas. Etc. 2) Nivel eléctrico: En este nivel se especifica la forma en que los distintos dispositivos deben conectarse eléctricamente, o sea: Niveles de las tensiones y/o corrientes utilizadas para establecer el valor de las señales. Circuitos equivalentes de los dispositivos emisores/receptores que se conectan al Bus. 3) Nivel Lógico: En este nivel se especifica la relación que existe entre los valores eléctricos de las señales y sus valores lógicos. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 5

6 2.3.-Especificaciones de los buses normalizados. 4) Nivel de Temporización Básica: En este nivel se especifican los cronogramas para la realización de las operaciones elementales del bus. 5) Nivel de Transferencia Elemental: Es este nivel se especifica el procedimiento empleado para realizar una transferencia de un dato por el bus. También se especifican las técnicas de detección de errores (ej. bit de paridad). Hay que tener en cuenta si se esta especificando un bus de ciclo completo o partido: En el caso de un bus de ciclo completo este nivel coincide con el anterior, ya que la temporización básica establece todas las condiciones necesarias para transferir un dato. En el caso de un bus de ciclo partido, se especifican los slots que forman cada tipo de ciclo o transferencia. 6) Nivel de Transferencia de Bloque: Este nivel solamente existe en aquellos buses en los que la unidad básica de transferencia de datos es el bloque. En este caso deberá especificarse el protocolo de comunicación empleado para realizar esta transferencia (cabecera, tipo de codificación de los datos, etc...) DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 6

7 2.4.- Detección y tratamiento de errores. Un bus bien diseñado debe tener procedimientos de detección y tratamiento de los errores más usuales. Intento de escribir en posiciones protegidas (ROM). Utilización de una unidad de gestión de memoria que identifique el acceso y genere señal de error. Intento de ejecución de instrucciones críticas (HALT, RESET, etc). Añadir un circuito que invalide dichas instrucciones. Bloqueo del sistema en caso de multiprocesamiento. Temporización diseñada para evitar esta situación. Errores debidos al ruido. Empleo de código redundante (bit de paridad). DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 7

8 2.5.- Buses de 8 bits. STD, S100, MULTIBUS I Sus características generales eran: Orientados a una familia concreta de microprocesadores. Bus de datos de 8 bits. Bus de direcciones de 16 bits, lo que supone un rango de direccionamiento de 64 KB. Funcionamiento con un único maestro, aunque se permiten maestros temporales. Estos buses dejaron de ser prácticos con la aparición de los nuevos microprocesadores de 16 bits, aunque intentaron ser ampliados para dicho fin. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 8

9 Bus STD DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 9

10 S-100 (Mits Altair 8800) DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 10

11 2.5.- Buses de 16 bits. MULTIBUS I (ampliación) Fue ampliado para soportar sistemas de más alto rendimiento, añadiendosele el bus de memoria ilbx. Resultó adecuado para la mayoría de las aplicaciones de los microprocesadores de 16 bits. Ventajas: Bus de datos de 16 bits. Bus de direcciones de 24 bits, lo que significa un rango de direccionamiento de 16 MB. Inconvenientes: Las tarjetas de x 30.5 cm tienen complejos conectores de borde de placa y resultan poco eficientes para algunas aplicaciones. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 11

12 MULTIBUS I DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 12

13 2.5.- Buses de 32 bits. VERSABUS Desarrollado por Motorola fue el primer bus estándar válido para datos de 8, 16 y 32 bits. Primero en incorporar 32 bits de direcciones (4GB). Placas excesivamente grandes (23.5x 36.8 cm) con conector de borde. VME En 1981 Motorola, Signetics y Mostek basándose en el Versabus propusieron una especificación abierta para un bus asíncrono de 16/32 bits con placas DOBLE EUROCARD y un rángo de direccionamiento de 4 GB. Este estándar fue aceptado como el IEEE P1014 y obtuvo una rápida introducción en el mercado. Razones: Comino de evolución sencillo de los 16 bits a los 32 bits. Construcción más robusta y compacta. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 13

14 Sistemas de desarrollo. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 14

15 Tarjetas comerciales VME. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 15

16 2.5.- Buses de 32 bits. FUTUREBUS En 1979 IEEE patrocinó el desarrollo de un estándar de bus de altas prestaciones (32 bits, multiproceso, etc) independiente del micro o de la arquitectura. Diseñado para optimizar el procesamiento de 32 bits y con énfasis en a tolerancia a fallos. Presentación en público en Bus asíncrono, multiplexado de 32 bits, capaz de tener 21 tarjetas dentro de chasis. Tecnología BTL (Backplane Transceiver Logic) Niveles de transmisión inferioes a 1 voltio. Baja capacidad. Tiempos de conmutación muy pequeños 896.1: Futurebus+ Logical Layer Specifications 896.2: Futurebus+ Physical Layer Specifications P896.3: Futurebus+ System Configuration Guide : VME/Futurebus+ Bridge DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 16

17 FUTUREBUS DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 17

18 FUTUREBUS DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 18

19 2.5.- Buses de 32 bits. FASTBUS Bus orientado a la adquisición de datos de alta velocidad (mediante tratamiento paralelo de la información) en Física Experimental. Objetivos superiores al resto de los buses. Diseñado inicialmente como bus independiente del µprocesador. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 19

20 2.5.- Buses de 32 bits. NUBUS Comenzó como proyecto de investigación del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Desarrollado por Western Digital Coporation y Texas Instrument antes de ser adoptado como IEEE P1196. Soporta transferencias de datos de 8, 16 y 32 bits, con rango de direcccioamiento de 4 GB y arquitectura de mapeo en memoria que trata los mandatos de E/S y las interrupciones como si fueran posiciones de memoria. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 20

21 2.5.- Buses de 32 bits. MULTIBUS II A medida que la popularidad del VME fue aumentando, INTEL desarrolló con rapidez el estándar MUTIBUS II. Salió al mercado 3 años después que el VME con las siguientes características generales: Bus de datos de 32 bits. Direcciones de 4 GB. Tarjeta Doble Europa extendida. Realiza comprobaciones de paridad. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 21

22 MULTIBUS II DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 22

23 MULTIBUS II DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 23

24 2.5.- Buses de 64 bits. VME64 y VME64x A finales de los 80, las especificaciones del VME fueron expandidas con la capacidad de manejar datos y direcciones de 64 bit con la consiguiente duplicación del throughput. Además le fueron añadidas una serie de nuevas prestaciones como: Locks, Configuration ROM / Control & Status Registers (CR/CSR), rescinding DTACK*, auto system control detection, auto slot ID, plus optional shielded DIN connectors. Esas nuevas características transformaron al VME desde un bus de los 80 a un bus de los 90, las cuales han permitido al VME ser utilizado en las aplicaciones más exigentes de los 90. VME64x expande las características del VME64 principalmente mediante la utilización de un nuevo conector de 160 pines. Estas y otras características han permitido al VME64x despertar el interés de la Industria de las Telecomunicaciones y la Comunidad Científica. Un interés común fue la introducción de un formato mayor de tarjeta que permite la compatibilidad con el estándar VME. DIEA: Integración de Equipos para Comunicaciones. (Tema 2º ). Pág. 24

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